JP6561693B2 - Rotating electric machine - Google Patents

Rotating electric machine Download PDF

Info

Publication number
JP6561693B2
JP6561693B2 JP2015171362A JP2015171362A JP6561693B2 JP 6561693 B2 JP6561693 B2 JP 6561693B2 JP 2015171362 A JP2015171362 A JP 2015171362A JP 2015171362 A JP2015171362 A JP 2015171362A JP 6561693 B2 JP6561693 B2 JP 6561693B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
magnetic
series
circuit
magnetic flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015171362A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017050945A (en
Inventor
芳永 久保田
芳永 久保田
真大 青山
真大 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Co Ltd
Original Assignee
Suzuki Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Co Ltd filed Critical Suzuki Motor Co Ltd
Priority to JP2015171362A priority Critical patent/JP6561693B2/en
Priority to CN201610740507.XA priority patent/CN106487176B/en
Priority to DE102016216179.2A priority patent/DE102016216179A1/en
Publication of JP2017050945A publication Critical patent/JP2017050945A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6561693B2 publication Critical patent/JP6561693B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02Machines with one stator and two or more rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/12Asynchronous induction motors for multi-phase current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/12Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/103Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings

Description

本発明は、ロータに巻線を有する回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine having a winding on a rotor.

回転電機は、各種装置に動力源として搭載されており、例えば、車両の場合には単独に搭載されて電気自動車の動力源として機能し、あるいは、内燃機関と共に搭載されてハイブリッド車の動力源として機能する。   The rotating electric machine is mounted as a power source in various devices. For example, in the case of a vehicle, the rotating electric machine is mounted alone and functions as a power source of an electric vehicle, or mounted together with an internal combustion engine as a power source of a hybrid vehicle. Function.

特に、ハイブリッド車の場合、遊星歯車を介して内燃機関と組み合わせて発電用と駆動用とで活用するシステムに組み込まれる場合がある。この場合には、内燃機関と、発電用モータと、駆動用モータとのそれぞれを遊星歯車と共にシステム内に組み込むことから大型化してしまい小型車両に搭載するのが難しい、という課題があった。   In particular, in the case of a hybrid vehicle, it may be incorporated into a system that is used for power generation and drive in combination with an internal combustion engine via a planetary gear. In this case, there has been a problem that since the internal combustion engine, the power generation motor, and the drive motor are each incorporated in the system together with the planetary gear, the size is increased and it is difficult to mount on a small vehicle.

これに対して、特許文献1に記載の回転電機では、発電用モータ、駆動用モータ、および遊星歯車(ギヤ)として機能させることのできるように複合化された機能を備えるように工夫されている。   On the other hand, the rotating electrical machine described in Patent Literature 1 is devised to have a combined function so that it can function as a power generation motor, a drive motor, and a planetary gear (gear). .

例えば、図9に示すように、特許文献1に記載の回転電機Mは、6極対の電機子コイルCを有するステータS(極対数A)と、10極対の永久磁石PMを有する第1のロータR1(極対数P)と、16極の磁気導通路MPを有する第2のロータR2(極数H(A+P))と、を備えている。この回転電機Mは、磁気変調原理を利用して、ステータSと、第1のロータR1と、第2のロータR2との3つの要素を、遊星歯車におけるサンギヤ、リングギヤ、キャリヤと同等に機能させることができる磁気変調型二軸モータになっている。   For example, as shown in FIG. 9, the rotating electrical machine M described in Patent Document 1 includes a stator S having a 6-pole armature coil C (number of pole pairs A) and a 10-pole pair permanent magnet PM. Rotor R1 (the number of pole pairs P) and a second rotor R2 (number of poles H (A + P)) having a 16-pole magnetic conduction path MP. The rotating electrical machine M uses the magnetic modulation principle to cause the three elements of the stator S, the first rotor R1, and the second rotor R2 to function in the same manner as the sun gear, ring gear, and carrier in the planetary gear. It is a magnetic modulation type biaxial motor that can be used.

特開2013−188065号公報JP 2013-188065 A

しかしながら、特許文献1に記載の回転電機Mにあっては、永久磁石の磁力をそのままマグネットトルクとして利用できるIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)のように、トルク密度を増大させて大出力を得るようにすることが難しく、そのトルクを補うためには残留磁束密度の大きな高価な永久磁石を用いる必要がある。   However, in the rotating electrical machine M described in Patent Document 1, a high output can be obtained by increasing the torque density as in an IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor) in which the magnetic force of the permanent magnet can be used as it is as the magnet torque. In order to compensate for the torque, it is necessary to use an expensive permanent magnet having a large residual magnetic flux density.

また、回転電機Mの構造では、永久磁石に鎖交する磁束の変動が大きいことから、保磁力が大きく、しかも、熱による減磁の少ない、例えば、Dy(ジスプロシウム)やTb(テルビウム)のような高価な希土類を添加した高価な永久磁石、例えば、Nd−Fe−B磁石(ネオジウム磁石)を採用する必要がある。   Further, in the structure of the rotating electric machine M, since the fluctuation of the magnetic flux linked to the permanent magnet is large, the coercive force is large and the demagnetization due to heat is small, for example, Dy (dysprosium) or Tb (terbium). It is necessary to employ an expensive permanent magnet to which an expensive rare earth is added, for example, an Nd—Fe—B magnet (neodymium magnet).

このような問題に対し、本件出願人は、従来問題となっていた非同期の磁束変動(ステータ回転磁界とロータ回転速度の差分周波数の磁束変動)を変換して電磁石により磁力を発生させる回転電機を提案している。   In response to such a problem, the applicant of the present application is a rotating electrical machine that generates a magnetic force by an electromagnet by converting an asynchronous magnetic flux fluctuation (a magnetic flux fluctuation of a difference frequency between a stator rotating magnetic field and a rotor rotating speed), which has been a problem in the past. is suggesting.

この回転電機は、ステータ回転磁界とロータが非同期回転する条件下でロータに鎖交する非同期磁束を誘導起電力に変換させるロータ巻線をロータ上に持つ。発生した誘導起電力はロータ上に実装した整流回路のダイオードによって整流され、整流された電流がロータ巻線に流れることで自励し、電磁石により磁力が発生する。   This rotating electric machine has a rotor winding on the rotor that converts an asynchronous magnetic flux interlinked with the rotor into an induced electromotive force under the condition that the stator rotating magnetic field and the rotor rotate asynchronously. The generated induced electromotive force is rectified by a diode of a rectifier circuit mounted on the rotor, and the rectified current flows through the rotor windings to be self-excited, and a magnetic force is generated by the electromagnet.

しかしながら、ロータに鎖交する非同期磁束から変換された誘導起電力を界磁電流に変換する整流回路の構成によっては、トルクリップルが発生したり、誘導起電力を効率よく界磁電流として利用できなかったりする。   However, depending on the configuration of the rectifier circuit that converts the induced electromotive force converted from the asynchronous magnetic flux linked to the rotor into the field current, torque ripple may occur or the induced electromotive force cannot be used efficiently as the field current. Or

そこで、本発明は、トルクリップルを平滑化することができる回転電機を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can smooth torque ripple.

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、ステータは、電機子コイルが集中巻きにより形成されており、ロータは、電機子コイルで発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させるロータ巻線が巻かれた周方向に並列されている複数の突極部と、誘導電流を直流電流に整流する整流回路とを有し、ロータ巻線は、隣接する突極部の磁極の極性が異なるように巻かれており、整流回路は、磁極の極性が一致する突極部に巻かれている複数のロータ巻線のうち誘導電流の電流位相が同相の複数のロータ巻線と整流素子とが直列に接続される閉回路が磁極の極性ごとに複数設けられるものである。
One aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above problems is a rotating electrical machine that includes a stator having an armature coil that generates a magnetic flux when energized, and a rotor that rotates by the passage of the magnetic flux. The coil is formed by concentrated winding, and the rotor has a plurality of salient pole portions arranged in parallel in the circumferential direction around which the rotor winding for inducing an induced current by interlinking of magnetic flux generated in the armature coil, and a rectifier circuit for rectifying the induced current into direct current, the rotor windings are wound to the polarity of the magnetic poles of adjacent salient pole portions are different, the rectifier circuit, the polarity of the magnetic poles are identical salient poles in shall closed circuit current phase of the induced current of the plurality of rotor windings wound around the section and the rectifying element and a plurality of rotor windings of the same phase are connected in series provided with a plurality of each polarity of the magnetic pole is there.

このように本発明の一態様によれば、トルクリップルを平滑化することができる。   Thus, according to one embodiment of the present invention, torque ripple can be smoothed.

図1は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、その概略構成の1/2モデルを示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 1 is a view showing a rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view orthogonal to a rotation axis showing a 1/2 model of the schematic configuration. 図2は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、その回転電機の概略全体構成を説明するモデルであり、その回転軸と平行な断面概念図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, which is a model for explaining the schematic overall configuration of the rotating electrical machine, and is a conceptual cross-sectional view parallel to the rotation axis. 図3は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのインナロータとアウタロータの間のギャップ磁束密度の調波解析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a harmonic analysis result of the gap magnetic flux density between the inner rotor and the outer rotor. 図4は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのインナロータの概略構成を示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 4 is a diagram showing the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view orthogonal to the rotation axis showing the schematic configuration of the inner rotor. 図5は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのインナロータに設置するダイオードの接続閉回路を示す結線図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and is a connection diagram illustrating a connection closed circuit of a diode installed in the inner rotor. 図6は、本発明の第2実施形態に係る回転電機を示す図であり、その概略構成の1/2モデルを示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 6 is a view showing a rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing a 1/2 model of the schematic configuration. 図7は、本発明の第2実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのインナロータに設置するダイオードの接続閉回路を示す結線図である。FIG. 7 is a diagram showing a rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention, and is a connection diagram showing a connection closed circuit of a diode installed in the inner rotor. 図8は、本発明の第2実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのインナロータに鎖交する非同期磁束の磁気回路を示す図である。FIG. 8 is a view showing a rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention, and is a view showing a magnetic circuit of asynchronous magnetic flux linked to the inner rotor. 図9は、本実施形態と比較する異なる構造の磁気変調二軸型の回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 9 is a view showing a magnetic modulation biaxial rotating electrical machine having a different structure compared to the present embodiment, and is a cross-sectional view perpendicular to the rotating shaft showing the general overall configuration.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1および図2において、本発明の第1実施形態に係る回転電機1は、ダブルロータ形式の回転電機として構成されており、円筒形状に形成されたステータ100と、このステータ100内に回転自在に収納されて回転軸1Cに一致するアウタ回転軸(単に回転軸ともいう)210が固定されているアウタロータ200と、このアウタロータ(第2のロータ)200内に回転自在に収納されて回転軸1Cに一致するインナ回転軸(単に回転軸ともいう)310が固定されているインナロータ(第1のロータ)300とを備えている。アウタロータ200およびインナロータ300は、回転軸1Cを回転中心として相対回転可能にそれぞれ支持されている。なお、図1は機械角360度のうちの180度分(1/2)の径方向断面図を図示している。インナロータ300は、本発明におけるロータを構成している。
Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2, the rotating electrical machine 1 according to the first embodiment of the present invention is configured as a double rotor type rotating electrical machine, and has a stator 100 formed in a cylindrical shape and freely rotatable in the stator 100. And an outer rotor 200 that is fixed to an outer rotating shaft (also simply referred to as a rotating shaft) 210 that coincides with the rotating shaft 1C, and is rotatably housed in the outer rotor (second rotor) 200. And an inner rotor (first rotor) 300 to which an inner rotating shaft (also simply referred to as a rotating shaft) 310 is fixed. The outer rotor 200 and the inner rotor 300 are supported so as to be relatively rotatable about the rotation shaft 1C as a rotation center. FIG. 1 is a radial sectional view of 180 degrees (1/2) of the mechanical angle of 360 degrees. The inner rotor 300 constitutes a rotor in the present invention.

ステータ100はステータコア101を備えており、このステータコア101には、軸心に向かう径方向に延伸されている複数本のステータティース102が周方向に並列されている。このステータティース102は、後述するアウタロータ200の磁路部材201の外周面201aにエアギャップG1を介して内周面102a側を対面させるように形成されている。   The stator 100 includes a stator core 101, and a plurality of stator teeth 102 extending in the radial direction toward the axis are arranged in parallel in the circumferential direction. The stator teeth 102 are formed so as to face the outer peripheral surface 201a of a magnetic path member 201 of the outer rotor 200, which will be described later, with the inner peripheral surface 102a facing the air gap G1.

このステータ100は、ステータティース102の側面102b間をスロット103として、三相交流のW相、V相、U相に対応する電機子コイル104が納められている。電機子コイル104は集中巻きによりステータティース102に巻き回されている。電機子コイル104は、通電により磁束を発生させる。   In this stator 100, armature coils 104 corresponding to the W-phase, V-phase, and U-phase of three-phase alternating current are housed with the slot 103 between the side surfaces 102b of the stator teeth 102. The armature coil 104 is wound around the stator teeth 102 by concentrated winding. The armature coil 104 generates a magnetic flux when energized.

ステータ100は、この電機子コイル104に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生し、発生した磁束をアウタロータ200やインナロータ300に鎖交させることによりこれらアウタロータ200およびインナロータ300をそれぞれ回転駆動させる。   When the three-phase alternating current is supplied to the armature coil 104, the stator 100 generates a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction, and links the generated magnetic flux to the outer rotor 200 and the inner rotor 300, thereby the outer rotor 200 and Each of the inner rotors 300 is driven to rotate.

アウタロータ200は、透磁率の高い鋼材などの軟磁性体からなる磁路部材201と、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂等の磁束を通さない非磁性体からなる非磁性部材202とを有する。磁路部材201および非磁性部材202は軸線方向に延伸されている。なお、軸線方向は、回転軸1Cが延伸する方向と同じ方向を示す。   The outer rotor 200 includes a magnetic path member 201 made of a soft magnetic material such as steel having a high magnetic permeability, and a nonmagnetic member 202 made of a nonmagnetic material that does not pass magnetic flux such as PPS (polyphenylene sulfide) resin. The magnetic path member 201 and the nonmagnetic member 202 are extended in the axial direction. The axial direction indicates the same direction as the direction in which the rotating shaft 1C extends.

磁路部材201および非磁性部材202は、例えば、アウタロータ200の軸方向の一端側に位置する円盤状の大径部205と、軸方向の他端側に位置する同心の円筒形状に形成されている円筒軸206とに両端部を連結支持されている。   The magnetic path member 201 and the nonmagnetic member 202 are formed in, for example, a disk-shaped large-diameter portion 205 located on one end side in the axial direction of the outer rotor 200 and a concentric cylindrical shape located on the other end side in the axial direction. Both ends of the cylinder shaft 206 are connected and supported.

磁路部材201は、周方向で非磁性部材202に対向するポールピース部201Aと、非磁性部材202のステータ側とインナロータ側とにおいて隣り合うポールピース部201Aを接続するブリッジ部201Bとを有する。   The magnetic path member 201 has a pole piece portion 201A that faces the nonmagnetic member 202 in the circumferential direction, and a bridge portion 201B that connects adjacent pole piece portions 201A on the stator side and the inner rotor side of the nonmagnetic member 202.

ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとは、一体形成されている。したがって、磁路部材201は、ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとが一体形成された一体コアとして構成されている。一体コアとして構成された磁路部材201は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したものからなる。   The pole piece portion 201A and the bridge portion 201B are integrally formed. Therefore, the magnetic path member 201 is configured as an integral core in which the pole piece portion 201A and the bridge portion 201B are integrally formed. The magnetic path member 201 configured as an integral core is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction.

非磁性部材202は、ポールピース部201Aおよびブリッジ部201Bで囲まれる空間に設けられている。したがって、本実施形態のアウタロータ200は、軟磁性体のポールピース部201Aと非磁性部材202とが周方向に交互に配置されている。   The nonmagnetic member 202 is provided in a space surrounded by the pole piece portion 201A and the bridge portion 201B. Therefore, in the outer rotor 200 of the present embodiment, the soft magnetic pole piece portions 201A and the nonmagnetic members 202 are alternately arranged in the circumferential direction.

アウタロータ200は、ステータ100のステータティース102の内周面102aと、後述するインナロータ300のロータティース302の外周面302aに対して、磁路部材201の外周面201aと内周面201bとが対面するように形成されている。   In the outer rotor 200, the outer peripheral surface 201a and the inner peripheral surface 201b of the magnetic path member 201 face the inner peripheral surface 102a of the stator teeth 102 of the stator 100 and the outer peripheral surface 302a of the rotor teeth 302 of the inner rotor 300 described later. It is formed as follows.

このアウタロータ200は、ステータ100の電機子コイル104で発生し鎖交する磁束が磁路部材201のポールピース部201Aを効率よく通過する一方、非磁性部材202ではその磁束の通過を妨げる。このステータ100の電機子コイル104で発生する磁束は、アウタロータ200のポールピース部201Aを通過した後には、後述するように、インナロータ300のロータティース302の外周面302aに鎖交して、再度、アウタロータ200のポールピース部201Aを通過することにより、ステータ100に戻る磁気回路を形成する。   In the outer rotor 200, the magnetic flux generated by the armature coil 104 of the stator 100 passes through the pole piece portion 201 </ b> A of the magnetic path member 201 efficiently, while the nonmagnetic member 202 prevents the magnetic flux from passing therethrough. After passing through the pole piece portion 201A of the outer rotor 200, the magnetic flux generated by the armature coil 104 of the stator 100 is interlinked with the outer peripheral surface 302a of the rotor teeth 302 of the inner rotor 300, as will be described later. A magnetic circuit returning to the stator 100 is formed by passing through the pole piece portion 201 </ b> A of the outer rotor 200.

このようにアウタロータ200が回転することで、電機子コイル104で発生する回転磁界の極数および周波数を変更させることができる。この変調された回転磁界とインナロータ300が同期回転することによりトルクが発生する。   As the outer rotor 200 rotates in this manner, the number and frequency of the rotating magnetic field generated by the armature coil 104 can be changed. Torque is generated by the synchronous rotation of the modulated rotating magnetic field and the inner rotor 300.

インナロータ300は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したロータコア301を備えている。このロータコア301には、軸心から離隔する径方向に向かって延長されている複数本のロータティース(突極部)302が周方向に並列されている。ロータティース302は、アウタロータ200の磁路部材201の内周面201bにエアギャップG2を介して外周面302aを対面させるように形成されている。   The inner rotor 300 includes a rotor core 301 in which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated in the axial direction. In the rotor core 301, a plurality of rotor teeth (saliency pole portions) 302 extending in the radial direction separated from the shaft center are arranged in parallel in the circumferential direction. The rotor teeth 302 are formed so that the outer peripheral surface 302a faces the inner peripheral surface 201b of the magnetic path member 201 of the outer rotor 200 via the air gap G2.

このロータティース302は、隣接するロータティース302の側面302b間をスロット303として、ロータ巻線330が巻き付けられている。   The rotor teeth 302 are wound with a rotor winding 330 with a slot 303 between the side surfaces 302b of the adjacent rotor teeth 302.

ロータ巻線330は、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向において隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻になるように形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている。このロータ巻線330は、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生(誘起)し、発生した誘導電流を界磁電流として供給されることにより励磁されてロータティース302を電磁石として機能させる。   The rotor windings 330 are formed so as to form concentrated windings in which the adjacent windings are opposite to each other in the circumferential direction of the inner rotor 300 for each rotor tooth 302, and are arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300. The rotor winding 330 generates (induces) an induced current by interlinking magnetic fluxes and is excited by supplying the generated induced current as a field current to cause the rotor teeth 302 to function as an electromagnet.

ロータ巻線330は、インナロータ300の周方向において隣り合うロータティース302の磁極の極性が異なるように配線されている。   The rotor winding 330 is wired so that the polarities of the magnetic poles of the adjacent rotor teeth 302 in the circumferential direction of the inner rotor 300 are different.

ここで、図1の機械角180度分の8つのロータ巻線330を、回転方向(反時計方向)にロータ巻線330−1〜ロータ巻線330−8と符合を付けて区別する。   Here, the eight rotor windings 330 corresponding to the mechanical angle of 180 degrees in FIG. 1 are distinguished from the rotor windings 330-1 to 330-8 in the rotational direction (counterclockwise direction).

このような回転電機1において、ステータ100の起磁力が、アウタロータ200によって変調され、その変調された磁束とインナロータ300が同期回転することで駆動する。一方、ステータ100の起磁力が変調されずにインナロータ300へ鎖交する非同期の磁束が存在する。   In such a rotating electrical machine 1, the magnetomotive force of the stator 100 is modulated by the outer rotor 200, and the modulated magnetic flux and the inner rotor 300 are driven by synchronous rotation. On the other hand, there is an asynchronous magnetic flux interlinking with the inner rotor 300 without the magnetomotive force of the stator 100 being modulated.

図3にインナロータ300とアウタロータ200の間のギャップ磁束密度の調波解析結果を示す。ポールコンビネーションは、ステータ100が4極対、アウタロータ200が12極、インナロータ300が8極対の場合で、インナロータ300は、ソリッドロータ(磁気抵抗の脈動を持たないロータ)での結果である。   FIG. 3 shows the harmonic analysis result of the gap magnetic flux density between the inner rotor 300 and the outer rotor 200. The pole combination is a case where the stator 100 is a 4-pole pair, the outer rotor 200 is a 12-pole, and the inner rotor 300 is an 8-pole pair, and the inner rotor 300 is a result of a solid rotor (a rotor having no magnetic resistance pulsation).

図3に示すように、ステータ100による4次の磁束が、アウタロータ200により変調され、低次の項の8次と、高次の項の16次のギャップ磁束が存在することが分かる。また、アウタロータ200によるパーミアンス直流重畳項により4次の磁束も存在することが分かる。   As shown in FIG. 3, the fourth-order magnetic flux by the stator 100 is modulated by the outer rotor 200, and it can be seen that there are the eighth-order gap magnetic flux of the lower-order term and the 16th-order gap magnetic flux of the higher-order term. It can also be seen that a fourth-order magnetic flux is also present due to the permeance DC superposition term by the outer rotor 200.

この変調されない非同期磁束の空間的な次数はステータの極対数となる。解析例の場合、インナロータ300に空間4次の磁束が鎖交する(機械角360°を1次としたとき)。   The spatial order of the non-modulated asynchronous magnetic flux is the number of pole pairs of the stator. In the case of the analysis example, a spatial fourth-order magnetic flux is linked to the inner rotor 300 (when the mechanical angle of 360 ° is the primary).

図4は、インナロータ300の機械角360度の径方向断面図を示している。ここで、図4の機械角360度分の16個のロータ巻線330を、回転方向(反時計方向)にロータ巻線330−1〜ロータ巻線330−16と符合を付けて区別する。   FIG. 4 is a radial sectional view of the inner rotor 300 at a mechanical angle of 360 degrees. Here, the 16 rotor windings 330 corresponding to the mechanical angle of 360 degrees in FIG. 4 are distinguished from the rotor windings 330-1 to 330-16 in the rotational direction (counterclockwise direction).

図4において、ステータ100からインナロータ300に空間4次の磁束が鎖交する。この磁束による誘導起電力の電流位相は機械角90°ごとに同相となる。   In FIG. 4, a space fourth-order magnetic flux is linked from the stator 100 to the inner rotor 300. The current phase of the induced electromotive force due to the magnetic flux becomes the same phase every mechanical angle of 90 °.

本実施形態においては、非同期磁束による誘導起電力の電流位相が同相となるロータ巻線330を直列接続し、整流素子によって整流する。   In this embodiment, the rotor windings 330 in which the current phase of the induced electromotive force due to the asynchronous magnetic flux is in phase are connected in series and rectified by the rectifying element.

図5に示すように、誘導起電力の電流位相が同相となるロータ巻線330−1、ロータ巻線330−5、ロータ巻線330−9、ロータ巻線330−13とダイオードD1が直列接続され、閉回路である整流回路C1を形成している。   As shown in FIG. 5, the rotor winding 330-1, the rotor winding 330-5, the rotor winding 330-9, the rotor winding 330-13, and the diode D1 are connected in series so that the current phase of the induced electromotive force is the same phase. Thus, a rectifier circuit C1 which is a closed circuit is formed.

同様に、ロータ巻線330−2、ロータ巻線330−6、ロータ巻線330−10、ロータ巻線330−14とダイオードD2が直列接続され、閉回路である整流回路C2を形成している。   Similarly, the rotor winding 330-2, the rotor winding 330-6, the rotor winding 330-10, the rotor winding 330-14 and the diode D2 are connected in series to form a closed circuit rectifier circuit C2. .

ロータ巻線330−3、ロータ巻線330−7、ロータ巻線330−11、ロータ巻線330−15とダイオードD3が直列接続され、閉回路である整流回路C3を形成している。   The rotor winding 330-3, the rotor winding 330-7, the rotor winding 330-11, the rotor winding 330-15, and the diode D3 are connected in series to form a closed circuit rectifier circuit C3.

ロータ巻線330−4、ロータ巻線330−8、ロータ巻線330−12、ロータ巻線330−16とダイオードD4が直列接続され、閉回路である整流回路C4を形成している。   The rotor winding 330-4, the rotor winding 330-8, the rotor winding 330-12, the rotor winding 330-16, and the diode D4 are connected in series to form a closed circuit rectifier circuit C4.

すなわち、ダイオードD1、D2、D3、D4は、本発明における整流素子を構成する。   That is, the diodes D1, D2, D3, and D4 constitute a rectifying element in the present invention.

このように構成することによって、整流回路C1、C2、C3、C4のそれぞれで、電流リップルの位相が異なるため、誘導電流変動に伴うトルクリップルを平滑化することができる。   By configuring in this way, the phase of the current ripple is different in each of the rectifier circuits C1, C2, C3, and C4, so that the torque ripple accompanying the induced current fluctuation can be smoothed.

また、ロータ巻線330それぞれにダイオードを接続した閉回路を形成するのに比べ、ダイオードの数量を低減させることができ、ダイオードによる電圧降下を抑えて界磁電流を大きくすることができる。   In addition, the number of diodes can be reduced compared to forming a closed circuit in which a diode is connected to each rotor winding 330, and a field current can be increased by suppressing a voltage drop due to the diode.

また、ダイオードの数量を低減させることで、回転電機1の小型化および軽量化が可能となる。   Further, the rotating electrical machine 1 can be reduced in size and weight by reducing the number of diodes.

ここで、回転電機1のトルクの発生原理を説明する。インナロータ300は、ステータ100からアウタロータ200を介して鎖交する磁束のうち、そのアウタロータ200の回転によって変調された磁束がインナロータ300の回転と同期して鎖交する。   Here, the principle of torque generation of the rotating electrical machine 1 will be described. In the inner rotor 300, among the magnetic fluxes linked from the stator 100 via the outer rotor 200, the magnetic flux modulated by the rotation of the outer rotor 200 is linked in synchronization with the rotation of the inner rotor 300.

また、一方で、回転電機1は、インナロータ300のロータ巻線330に鎖交する磁束に、アウタロータ200により変調されずに(インナロータ300の回転に同期せずに)変動する成分が含まれており、これによりロータ巻線330に交流の誘導電流を発生させることができる。そして、その交流の誘導電流をダイオードで整流して直流の界磁電流とし、ロータ巻線330に通電することにより、ロータティース302を電磁石として機能させて界磁磁束を発生させることができる。このようにして、回転電機1はトルクを発生することができる。   On the other hand, in the rotating electrical machine 1, the magnetic flux interlinking with the rotor winding 330 of the inner rotor 300 includes a component that fluctuates without being modulated by the outer rotor 200 (not synchronized with the rotation of the inner rotor 300). As a result, an AC induced current can be generated in the rotor winding 330. Then, the AC induced current is rectified by a diode to be a DC field current and the rotor winding 330 is energized, so that the rotor teeth 302 can function as an electromagnet to generate a field magnetic flux. In this way, the rotating electrical machine 1 can generate torque.

なお、このとき、ステータ100のステータティース102からアウタロータ200のポールピース部201Aを介してインナロータ300のロータティース302に鎖交する磁束は、集中巻きした電機子コイル104に交流電源から電力供給して発生させる。   At this time, the magnetic flux interlinking from the stator teeth 102 of the stator 100 to the rotor teeth 302 of the inner rotor 300 via the pole piece portion 201A of the outer rotor 200 is supplied from the AC power source to the concentrated armature coil 104. generate.

ところで、この電機子コイル104は、本実施形態では集中巻きを採用するが、分布巻きを採用してもよい。   By the way, this armature coil 104 employs concentrated winding in this embodiment, but may employ distributed winding.

これらのことから、回転電機1は、永久磁石を設けることなく、インナロータ300を電磁石トルク(回転力)により相対回転させることができる。このインナロータ300では、磁化方向(N極、S極)が周方向に向かって交互になるように並列されている電磁石としてロータティース302を機能させることにより、アウタロータ200との間で鎖交させる磁束をスムーズにスロット303を迂回させて受け渡すことができる。   For these reasons, the rotating electrical machine 1 can relatively rotate the inner rotor 300 with electromagnet torque (rotational force) without providing a permanent magnet. In the inner rotor 300, the magnetic flux linked with the outer rotor 200 by causing the rotor teeth 302 to function as electromagnets that are arranged in parallel so that the magnetization directions (N pole and S pole) are alternated in the circumferential direction. Can be passed around the slot 303 smoothly.

この回転電機1は、ステータ100に対してアウタロータ200が相対回転し、また、その回転するアウタロータ200(磁路部材201)を経由する磁束が鎖交されるインナロータ300が電磁石トルクにより相対回転されるので、アウタロータ200を低速回転させつつインナロータ300を高速回転させることができる。また、反対に、アウタロータ200を高速回転させ、インナロータ300を低速回転させることもできる。   In this rotating electrical machine 1, the outer rotor 200 rotates relative to the stator 100, and the inner rotor 300 to which the magnetic flux passing through the rotating outer rotor 200 (magnetic path member 201) is linked is rotated relative to the electromagnet torque. Therefore, the inner rotor 300 can be rotated at a high speed while the outer rotor 200 is rotated at a low speed. Conversely, the outer rotor 200 can be rotated at a high speed and the inner rotor 300 can be rotated at a low speed.

また、この回転電機1は、ステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300の構造に応じて上述の回転駆動に必要なトルクが発生するようになっている。具体的には、ステータ100の電機子コイル104の極対数をAとし、アウタロータ200の極数となるポールピース部201Aの数をHとし、インナロータ300の極対数となるロータティース(電磁石)302の極対数をPとしたときに、次式(1)を成立させる組み合わせとなる。   In addition, the rotating electrical machine 1 generates a torque necessary for the above-described rotational drive in accordance with the structure of the stator 100, the outer rotor 200, and the inner rotor 300. Specifically, the number of pole pairs of the armature coil 104 of the stator 100 is A, the number of pole piece parts 201A that is the number of poles of the outer rotor 200 is H, and the rotor teeth (electromagnet) 302 that is the number of pole pairs of the inner rotor 300 is When the number of pole pairs is P, the following formula (1) is established.

H=|A±P| ......(1)
この構造では、トルクを効果的に発生させてアウタロータ200とインナロータ300とをステータ100に対して効率よく相対回転させることができる。例えば、本実施形態の回転電機1では、ステータ100の電機子コイル104の極対数A=4、アウタロータ200の極数H=12、および、インナロータ300のロータティース302の極対数P=8であり、上記の式(1)を満たしている。
H = | A ± P | (1)
With this structure, it is possible to effectively generate torque and to efficiently rotate the outer rotor 200 and the inner rotor 300 relative to the stator 100. For example, in the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, the number of pole pairs A = 4 of the armature coil 104 of the stator 100, the number of poles H = 12 of the outer rotor 200, and the number of pole pairs P = 8 of the rotor teeth 302 of the inner rotor 300. The above equation (1) is satisfied.

図2に示すように、回転電機1は、ステータ100内にアウタロータ200が回転自在に収容されており、さらに、そのアウタロータ200内にインナロータ300が回転自在に収容されている。   As shown in FIG. 2, in the rotating electrical machine 1, an outer rotor 200 is rotatably accommodated in a stator 100, and an inner rotor 300 is rotatably accommodated in the outer rotor 200.

また、アウタロータ200には、アウタ回転軸210が一体回転可能に連結されている。インナロータ300には、インナ回転軸310が一体回転可能に連結されている。これにより、回転電機1は、磁気変調原理を利用してアウタ回転軸210およびインナ回転軸310のそれぞれに動力を伝達することのできる磁気変調型二軸モータとして構成される。   Further, the outer rotor 200 is coupled to the outer rotor 200 so as to be integrally rotatable. An inner rotary shaft 310 is coupled to the inner rotor 300 so as to be integrally rotatable. Thereby, the rotary electric machine 1 is configured as a magnetic modulation type biaxial motor capable of transmitting power to each of the outer rotary shaft 210 and the inner rotary shaft 310 using the magnetic modulation principle.

したがって、回転電機1は、例えばステータ100を遊星歯車機構のサンギヤ、アウタロータ200を遊星歯車機構のキャリヤ、インナロータ300を遊星歯車機構のリングギヤとして機能させることができ、機械式の遊星歯車機構と同等の機能を備えることができる。なお、本実施形態に係る回転電機1は、アウタロータ200がキャリヤとして機能するよう構成される。   Therefore, the rotating electrical machine 1 can function, for example, the stator 100 as a sun gear of a planetary gear mechanism, the outer rotor 200 as a carrier of a planetary gear mechanism, and the inner rotor 300 as a ring gear of the planetary gear mechanism, and is equivalent to a mechanical planetary gear mechanism. A function can be provided. Note that the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is configured such that the outer rotor 200 functions as a carrier.

この構造により、回転電機1は、例えば、ハイブリッド自動車にエンジン(内燃機関)と共に駆動源として搭載する場合、アウタロータ200のアウタ回転軸210とインナロータ300のインナ回転軸310とをそれぞれ車両の動力伝達経路に直接連結して、ステータ100の電機子コイル104にインバータを介して車両のバッテリを接続することにより駆動源と共に動力伝達機構としても機能させることができる。   With this structure, for example, when the rotating electrical machine 1 is mounted as a drive source together with an engine (internal combustion engine) in a hybrid vehicle, the outer rotating shaft 210 of the outer rotor 200 and the inner rotating shaft 310 of the inner rotor 300 are respectively connected to the power transmission path of the vehicle. By connecting directly to the armature coil 104 of the stator 100 via an inverter, it is possible to function as a power transmission mechanism together with the drive source.

このように、上述の第1実施形態では、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向における隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、インナロータ300の周方向に配列されているロータ巻線330と、誘導起電力の電流位相が同相となるロータ巻線330とダイオードが直列接続された閉回路である整流回路C1、C2、C3、C4とを備える。   As described above, in the first embodiment described above, adjacent rotor teeth 302 in the circumferential direction of the inner rotor 300 are formed in a concentrated winding that is a circular winding in the opposite direction, and are arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300. And the rectifier circuits C1, C2, C3, and C4 that are closed circuits in which diodes are connected in series.

これにより、整流回路C1、C2、C3、C4のそれぞれで、電流リップルの位相が異なるため、誘導電流変動に伴うトルクリップルを平滑化することができる。   Thereby, since the phase of the current ripple is different in each of the rectifier circuits C1, C2, C3, and C4, it is possible to smooth the torque ripple accompanying the induced current fluctuation.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。ここで、第2実施形態は上述の第1実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, since the second embodiment is configured in substantially the same manner as the first embodiment described above, the same components are denoted by the same reference numerals and the characteristic portions will be described.

図6におけるロータ巻線330は、誘導コイルIと界磁コイルFとからなる。誘導コイルIは、隣接するロータティース302の側面302b間をスロット303として、ロータティース302のアウタロータ200側に巻き付けられている。界磁コイルFは、隣接するロータティース302の側面302b間をスロット303として、ロータティース302の軸心側に巻き付けられている。すなわち、誘導コイルIは、スロット303においてインナロータ300の径方向外側に巻き付けられており、界磁コイルFは、スロット303においてインナロータ300の径方向内側に巻き付けられている。   The rotor winding 330 in FIG. 6 includes an induction coil I and a field coil F. The induction coil I is wound around the outer rotor 200 side of the rotor teeth 302 with a slot 303 between the side surfaces 302b of the adjacent rotor teeth 302. The field coil F is wound around the axial center of the rotor teeth 302 with a slot 303 between the side surfaces 302b of the adjacent rotor teeth 302. That is, the induction coil I is wound on the radially outer side of the inner rotor 300 in the slot 303, and the field coil F is wound on the radially inner side of the inner rotor 300 in the slot 303.

誘導コイルIは、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向における隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている。この誘導コイルIは、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生(誘起)する。   The induction coil I is formed in a concentrated winding in which the adjacent rotors in the circumferential direction of the inner rotor 300 form opposite windings for each rotor tooth 302 and are arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300. The induction coil I generates (induces) an induced current by interlinking of magnetic flux.

界磁コイルFは、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向における隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻になるように形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている。この界磁コイルFは、界磁電流を供給されることにより励磁されてロータティース302を電磁石として機能させる。   The field coils F are formed in such a way that adjacent windings in the circumferential direction of the inner rotor 300 are concentrated windings that form opposite circumferential windings for each rotor tooth 302, and are arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300. The field coil F is excited by being supplied with a field current, and causes the rotor teeth 302 to function as an electromagnet.

このように、誘導コイルIと界磁コイルFは、電流の向きが等しくなるように巻き回されている。   Thus, the induction coil I and the field coil F are wound so that the current directions are equal.

ここで、図6の機械角180度分の8つの誘導コイルIを、回転方向(反時計方向)に誘導コイルI1〜I8と呼んで区別する。また、機械角180度分の8つの界磁コイルFを回転方向に界磁コイルF1〜F8と呼んで区別する。   Here, the eight induction coils I corresponding to the mechanical angle of 180 degrees in FIG. 6 are distinguished from each other by calling them induction coils I1 to I8 in the rotation direction (counterclockwise direction). In addition, eight field coils F corresponding to a mechanical angle of 180 degrees are distinguished from each other by being called field coils F1 to F8 in the rotation direction.

図7において、誘導コイルI1、I3、I5、I7と界磁コイルF1、F2、F3、F4は、ダイオードD5、D6と共に閉回路である整流回路C5を形成している。   In FIG. 7, induction coils I1, I3, I5, and I7 and field coils F1, F2, F3, and F4 together with diodes D5 and D6 form a rectifier circuit C5 that is a closed circuit.

この整流回路C5において、3つ置きの誘導コイルI1、I5とダイオードD5が直列接続され、3つ置きの誘導コイルI3、I7とダイオードD6が直列接続され、界磁コイルF1、F2、F3、F4が直列接続されている。   In this rectifier circuit C5, every third induction coil I1, I5 and diode D5 are connected in series, every third induction coil I3, I7 and diode D6 are connected in series, and field coils F1, F2, F3, F4. Are connected in series.

また、誘導コイルI1、I5、ダイオードD5からなる直列接続(第1の直列回路)と誘導コイルI3、I7、ダイオードD6からなる直列接続(第2の直列回路)は、両端部で並列接続された後、ダイオードD5、D6のカソード側で、界磁コイルF1、F2、F3、F4からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路C5は、誘導コイルI1、I3、I5、I7で発生する交流の誘導電流をダイオードD5、D6でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルF1、F2、F3、F4に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。   In addition, the series connection (first series circuit) including the induction coils I1 and I5 and the diode D5 and the series connection (second series circuit) including the induction coils I3 and I7 and the diode D6 are connected in parallel at both ends. Later, on the cathode side of the diodes D5 and D6, they are connected in series connection consisting of field coils F1, F2, F3 and F4. As described above, the rectifier circuit C5 rectifies the AC induced current generated in the induction coils I1, I3, I5, and I7 in one direction by the diodes D5 and D6, respectively, and directs the current to the field coils F1, F2, F3, and F4. The circuit configuration is wired so as to supply the field current.

また、誘導コイルI2、I4、I6、I8と界磁コイルF5、F6、F7、F8は、ダイオードD7、D8と共に閉回路である整流回路C6を形成している。   The induction coils I2, I4, I6, I8 and the field coils F5, F6, F7, F8 together with the diodes D7, D8 form a rectifier circuit C6 that is a closed circuit.

この整流回路C6において、3つ置きの誘導コイルI2、I6とダイオードD7が直列接続され、3つ置きの誘導コイルI4、I8とダイオードD8が直列接続され、界磁コイルF5、F6、F7、F8が直列接続されている。   In this rectifier circuit C6, every third induction coil I2, I6 and diode D7 are connected in series, every third induction coil I4, I8 and diode D8 are connected in series, and field coils F5, F6, F7, F8. Are connected in series.

また、誘導コイルI2、I6、ダイオードD7からなる直列接続(第1の直列回路)と誘導コイルI4、I8、ダイオードD8からなる直列接続(第2の直列回路)は、両端部で並列接続された後、ダイオードD7、D8のカソード側で界磁コイルF5、F6、F7、F8からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路C6は、誘導コイルI2、I4、I6、I8で発生する交流の誘導電流をダイオードD7、D8でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルF5、F6、F7、F8に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。   In addition, the series connection (first series circuit) including the induction coils I2, I6 and the diode D7 and the series connection (second series circuit) including the induction coils I4, I8 and the diode D8 are connected in parallel at both ends. Thereafter, the cathodes of the diodes D7 and D8 are connected in series connection composed of field coils F5, F6, F7, and F8. In this way, the rectifier circuit C6 rectifies the AC induced current generated in the induction coils I2, I4, I6, and I8 in one direction by the diodes D7 and D8, respectively, and directs the current to the field coils F5, F6, F7, and F8. The circuit configuration is wired so as to supply the field current.

すなわち、ダイオードD5、D6、D7、D8は、本発明における整流素子を構成する。   That is, the diodes D5, D6, D7, and D8 constitute a rectifying element in the present invention.

この回路構成により、誘導コイルIで発生させた誘導電流を整流し界磁電流として界磁コイルFを励磁させることができるため、ロータティース302を電磁石として機能させることができる。   With this circuit configuration, the induction current generated by the induction coil I can be rectified and the field coil F can be excited as a field current, so that the rotor teeth 302 can function as an electromagnet.

ここで、ダイオードD5、D6、D7、D8は、誘導コイルIや界磁コイルFを多極化させる場合でも、直列接続することにより使用数を抑えており、大量使用を回避するために、一般的なHブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ180度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路を形成している。   Here, the number of diodes D5, D6, D7, and D8 is suppressed by connecting them in series even when the induction coil I and the field coil F are multipolarized. Rather than forming an H-bridge type full-wave rectifier circuit, the neutral-point-clamped half-wave rectifier outputs a half-wave rectified output by inverting one of the induction currents so that each phase is 180 degrees. A circuit is formed.

整流回路C5、C6の界磁コイルFは、隣接するロータティース302毎の巻付方向を逆向きにされている。このことから、磁気回路の一部を構成するインナロータ300の一つのロータティース302は、アウタロータ200のポールピース部201Aから誘導する方向となるS極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。また、隣接するもう一つのロータティース302は、磁束をアウタロータ200側に誘導する方向となるN極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。   In the field coils F of the rectifier circuits C5 and C6, the winding directions of the adjacent rotor teeth 302 are reversed. Accordingly, one rotor tooth 302 of the inner rotor 300 that constitutes a part of the magnetic circuit is magnetized so as to function as an electromagnet that faces the south pole that is directed from the pole piece portion 201A of the outer rotor 200. . Further, another adjacent rotor tooth 302 is magnetized so as to function as an electromagnet that faces the N pole in a direction in which magnetic flux is guided to the outer rotor 200 side.

ここで、回転電機1のトルクの発生原理を説明する。インナロータ300は、ステータ100からアウタロータ200を介して鎖交する磁束のうち、そのアウタロータ200の回転によって変調された磁束がインナロータ300の回転と同期して鎖交する。   Here, the principle of torque generation of the rotating electrical machine 1 will be described. In the inner rotor 300, among the magnetic fluxes linked from the stator 100 via the outer rotor 200, the magnetic flux modulated by the rotation of the outer rotor 200 is linked in synchronization with the rotation of the inner rotor 300.

また、一方で、回転電機1は、インナロータ300の誘導コイルIに鎖交する磁束に、アウタロータ200により変調されずに(インナロータ300の回転に同期せずに)変動する成分が含まれており、これにより誘導コイルIに交流の誘導電流を発生させることができる。そして、その交流の誘導電流をダイオードD5、D6で整流して直流の界磁電流とし、界磁コイルFに通電することにより、ロータティース302を電磁石として機能させて界磁磁束を発生させることができる。このようにして、回転電機1はトルクを発生することができる。   On the other hand, in the rotating electrical machine 1, the magnetic flux interlinked with the induction coil I of the inner rotor 300 includes a component that varies without being modulated by the outer rotor 200 (not synchronized with the rotation of the inner rotor 300). As a result, an alternating induction current can be generated in the induction coil I. The AC induced current is rectified by the diodes D5 and D6 to be a DC field current, and the field coil F is energized to cause the rotor teeth 302 to function as an electromagnet to generate a field magnetic flux. it can. In this way, the rotating electrical machine 1 can generate torque.

なお、このとき、ステータ100のステータティース102からアウタロータ200のポールピース部201Aを介してインナロータ300のロータティース302に鎖交する磁束は、集中巻きした電機子コイル104に交流電源から電力供給して発生させる。   At this time, the magnetic flux interlinking from the stator teeth 102 of the stator 100 to the rotor teeth 302 of the inner rotor 300 via the pole piece portion 201A of the outer rotor 200 is supplied from the AC power source to the concentrated armature coil 104. generate.

図8は、インナロータ300に鎖交する非同期磁束の磁気回路を示す。図8に示すように、インナロータ300のロータティース302には一様に磁束が鎖交するため、界磁コイルFにも誘導起電力が発生する。しかし、界磁コイルFの誘導起電力を活用した場合、誘導コイルIの誘導起電力と干渉してしまい、並列接続された誘導コイルI(第1の直列回路と第2の直列回路)の位相関係が崩れてしまう。結果として、全波整流することができず、誘導電流変動に伴うトルクリップルが大きくなってしまう。   FIG. 8 shows a magnetic circuit of asynchronous magnetic flux interlinking with the inner rotor 300. As shown in FIG. 8, since the magnetic flux is uniformly linked to the rotor teeth 302 of the inner rotor 300, an induced electromotive force is also generated in the field coil F. However, when the induced electromotive force of the field coil F is used, it interferes with the induced electromotive force of the induction coil I, and the phases of the induction coils I (the first series circuit and the second series circuit) connected in parallel are parallel. The relationship breaks down. As a result, full-wave rectification cannot be performed, and the torque ripple accompanying the induced current fluctuation becomes large.

そのため、誘導コイルIの誘導起電力に干渉しないように、界磁コイルFの誘導起電力を打ち消すように結線している。すなわち、第2実施形態においては、機械角90°内の界磁コイルFを直列接続している。   Therefore, in order not to interfere with the induced electromotive force of the induction coil I, connection is made so as to cancel the induced electromotive force of the field coil F. That is, in the second embodiment, field coils F within a mechanical angle of 90 ° are connected in series.

このような結線とすることで、並列接続された誘導コイルI(第1の直列回路と第2の直列回路)の位相関係を保ちつつ、界磁コイルFに流れる電流を全波整流することができる。   With such a connection, the current flowing through the field coil F can be full-wave rectified while maintaining the phase relationship of the induction coils I (the first series circuit and the second series circuit) connected in parallel. it can.

また、第1実施形態のように、誘導起電力の位相が同相となるロータ巻線330のみを直列接続し、ダイオードに結線した場合と比較して、誘導電流が全波整流されるため、トルクリップルを大幅に低減させることができる。   In addition, as in the first embodiment, the induced current is full-wave rectified as compared with the case where only the rotor winding 330 in which the phase of the induced electromotive force is in phase is connected in series and connected to a diode. Ripple can be greatly reduced.

また、全波整流によりロータ電流振幅が小さくなり、許容電流値の低いダイオードを選択することができ、コストの削減および部品の軽量化が可能となる。   In addition, the full-wave rectification reduces the rotor current amplitude, so that a diode with a low allowable current value can be selected, and the cost can be reduced and the parts can be reduced in weight.

さらに、界磁コイルFの誘導起電力が打ち消されるように結線することで、界磁電流による起磁力を確保しながら、差分周波数(ステータ回転磁界とロータ回転速度との差分周波数)が高くなっても自己インダクタンスにおける電圧降下が過度に大きくならず、トルク特性を改善することができる。   Furthermore, by connecting so that the induced electromotive force of the field coil F is canceled, the differential frequency (the differential frequency between the stator rotating magnetic field and the rotor rotational speed) is increased while securing the magnetomotive force due to the field current. However, the voltage drop in the self-inductance is not excessively increased, and the torque characteristics can be improved.

このように、上述の第2実施形態では、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向における隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている誘導コイルIと、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向における隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻になるように形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている界磁コイルFと、誘導電流の電流位相が同相の複数の誘導コイルIとダイオードが直列に接続された第1の直列回路および第2の直列回路を有する整流回路C5、C6と、を備える。   As described above, in the second embodiment described above, adjacent rotor teeth 302 in the circumferential direction of the inner rotor 300 are formed into concentrated windings that are circular windings in opposite directions, and are arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300. Field coils arranged in the circumferential direction of the inner rotor 300 are formed so that the adjacent coils in the circumferential direction of the inner rotor 300 are concentrated windings that are reverse windings for each of the induction coils I and the rotor teeth 302. A coil F, and a plurality of induction coils I having in-phase current phases and rectifier circuits C5 and C6 having a first series circuit and a second series circuit in which diodes are connected in series.

これにより、整流回路C5、C6の第1の直列回路、第2の直列回路のそれぞれで、電流リップルの位相が異なるため、誘導電流変動に伴うトルクリップルを平滑化することができる。   Thereby, since the phase of the current ripple is different in each of the first series circuit and the second series circuit of the rectifier circuits C5 and C6, it is possible to smooth the torque ripple accompanying the induced current fluctuation.

また、整流回路C5、C6は、誘導電流の電流位相が同相の複数の誘導コイルIとダイオードが直列に接続された第1の直列回路と、誘導電流の電流位相が第1の直列回路と逆相の複数の誘導コイルIとダイオードが直列に接続された第2の直列回路と、を有し、第1の直列回路と第2の直列回路が並列に接続される。   The rectifier circuits C5 and C6 include a first series circuit in which a plurality of induction coils I and diodes having the same phase of the induced current are connected in series, and a current phase of the induced current opposite to that of the first series circuit. A plurality of phase induction coils I and a second series circuit in which diodes are connected in series, and the first series circuit and the second series circuit are connected in parallel.

これにより、誘導電流が全波整流されるため、トルクリップルを大幅に低減させることができる。   Thereby, since the induced current is full-wave rectified, torque ripple can be significantly reduced.

また、整流回路C5、C6は、第1の直列回路と第2の直列回路の並列回路と直列に、界磁コイルFの誘導起電力を互いに打ち消すように複数の界磁コイルFを接続する閉回路である。   The rectifier circuits C5 and C6 are connected in series with the parallel circuit of the first series circuit and the second series circuit to connect the plurality of field coils F so as to cancel the induced electromotive forces of the field coils F. Circuit.

これにより、並列接続された第1の直列回路と第2の直列回路の位相関係を保ちつつ、界磁コイルFに流れる電流を全波整流することができ、トルクリップルを大幅に低減させることができる。   As a result, the current flowing through the field coil F can be full-wave rectified while maintaining the phase relationship between the first series circuit and the second series circuit connected in parallel, and torque ripple can be greatly reduced. it can.

第1および第2実施形態の回転電機1は、ラジアルギャップ構造のインナーロータタイプであるが、アキシャルギャップ構造またはアウタロータ構造であってもよい。また、ポールコンビネーションは、ステータ100が4極対、アウタロータ200が12極、インナロータ300が8極対の場合を示したが、異なるポールコンビネーションでも同様の構成とすることができる。   Although the rotary electric machine 1 of 1st and 2nd embodiment is an inner rotor type of a radial gap structure, an axial gap structure or an outer rotor structure may be sufficient. Further, the pole combination has been described in the case where the stator 100 has a 4-pole pair, the outer rotor 200 has a 12-pole pair, and the inner rotor 300 has an 8-pole pair. However, different pole combinations may have the same configuration.

また、各コイルには、銅線、アルミ導体、リッツ線を用いることができる。また、磁路部材201やロータコア301には、積層電磁鋼板に代えて、軟磁性複合材料であるSMC(Soft Magnetic Composite)コアを用いることができる。   Moreover, a copper wire, an aluminum conductor, and a litz wire can be used for each coil. Further, as the magnetic path member 201 and the rotor core 301, an SMC (Soft Magnetic Composite) core, which is a soft magnetic composite material, can be used instead of the laminated electromagnetic steel sheet.

また、磁路部材201および非磁性部材202からなる磁気変調子をインナロータとして、ロータ巻線330、または界磁コイルFおよび誘導コイルIを備える界磁ロータをアウタロータとしてもよい。   Further, the magnetic modulator formed of the magnetic path member 201 and the nonmagnetic member 202 may be used as the inner rotor, and the rotor winding 330 or the field rotor including the field coil F and the induction coil I may be used as the outer rotor.

また、磁気変調子を持たない、ステータの空間高調波による鎖交磁束によりロータの巻線に誘導起電力を生じさせる回転電機においても同様に適用できる。   Further, the present invention can be similarly applied to a rotating electrical machine that does not have a magnetic modulator and generates an induced electromotive force in a rotor winding by interlinkage magnetic flux due to the spatial harmonics of the stator.

また、回転電機1は、ハイブリッド車両のみでなく、風力発電機、工作機械等の他の産業分野にも適用することができる。   The rotating electrical machine 1 can be applied not only to hybrid vehicles but also to other industrial fields such as wind power generators and machine tools.

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

1 回転電機
100 ステータ
104 電機子コイル
200 アウタロータ(第2のロータ)
201 磁路部材
202 非磁性部材
300 インナロータ(ロータ、第1のロータ)
302 ロータティース(突極部)
330−1〜16 ロータ巻線
C1、C2、C3、C4、C5、C6 整流回路
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 ダイオード(整流素子)
F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8 界磁コイル
I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8 誘導コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electrical machine 100 Stator 104 Armature coil 200 Outer rotor (2nd rotor)
201 Magnetic path member 202 Non-magnetic member 300 Inner rotor (rotor, first rotor)
302 rotor teeth (saliency pole)
330-1-16 Rotor winding C1, C2, C3, C4, C5, C6 Rectifier circuit D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 Diode (rectifier element)
F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 Field coils I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 Inductive coils

Claims (4)

通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、
前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、
前記ステータは、前記電機子コイルが集中巻きにより形成されており、
前記ロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させるロータ巻線が巻かれた周方向に並列されている複数の突極部と、前記誘導電流を直流電流に整流する整流回路とを有し、
前記ロータ巻線は、隣接する前記突極部の磁極の極性が異なるように巻かれており、
前記整流回路は、前記磁極の極性が一致する前記突極部に巻かれている複数の前記ロータ巻線のうち前記誘導電流の電流位相が同相の複数の前記ロータ巻線と整流素子とが直列に接続される閉回路が前記磁極の極性ごとに複数設けられる回転電機。
A stator having an armature coil that generates magnetic flux when energized;
A rotating electrical machine comprising a rotor that rotates by passage of the magnetic flux,
The stator has the armature coil formed by concentrated winding,
The rotor includes a plurality of salient pole parts arranged in parallel in a circumferential direction around which a rotor winding for inducing an induced current by interlinking of magnetic flux generated in the armature coil, and rectifies the induced current into a direct current A rectifier circuit that
The rotor winding is wound so that the polarity of the magnetic poles of the adjacent salient pole portions is different,
The rectifier circuit includes a plurality of rotor windings wound around the salient pole portions having the same polarity of the magnetic poles, and a plurality of rotor windings having the same phase of the induction current and a rectifying element are connected in series. rotating electric machine closed circuit that provided a plurality for each polarity of the magnetic pole to be connected to.
通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、
前記磁束の通過により回転する第1のロータと、
前記第1のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第2のロータと、を備える回転電機であって、
前記ステータは、前記電機子コイルが集中巻きにより形成されており、
前記第2のロータは、周方向に所定の間隔を保持するように複数の軟磁性体が配置されており、
前記第1のロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルと前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれた周方向に並列されている複数の突極部と、前記誘導電流を直流電流に整流する整流回路とを有し、
前記誘導コイルは、隣接する前記突極部の磁極の極性が異なるように巻かれており、
前記界磁コイルは、隣接する前記突極部の磁極の極性が異なるように巻かれており、
前記整流回路は、前記磁極の極性が一致する前記突極部に巻かれている複数の前記誘導コイルのうち前記誘導電流の電流位相が同相の複数の前記誘導コイルと整流素子が直列に接続される閉回路が前記誘導コイルの磁極の極性ごとに複数設けられる回転電機。
A stator having an armature coil that generates magnetic flux when energized;
A first rotor that rotates by passage of the magnetic flux;
A rotating electric machine comprising: a second rotor arranged and rotated in the middle of the magnetic path of the magnetic flux passing through the first rotor,
The stator has the armature coil formed by concentrated winding,
The second rotor has a plurality of soft magnetic bodies arranged so as to maintain a predetermined interval in the circumferential direction,
The first rotor is arranged in parallel in a circumferential direction in which an induction coil that induces an induced current by linkage of magnetic flux generated in the armature coil and a field coil that generates a magnetic field by energizing the induced current are wound. A plurality of salient pole parts, and a rectifier circuit that rectifies the induced current into a direct current,
The induction coil is wound so that the polarities of the magnetic poles of the adjacent salient pole portions are different,
The field coil is wound so that the magnetic poles of the salient pole portions adjacent to each other have different polarities.
In the rectifier circuit, a plurality of the induction coils having the same phase of the induction current and a rectifier element are connected in series among the plurality of induction coils wound around the salient pole part having the same polarity of the magnetic pole. A rotating electrical machine in which a plurality of closed circuits are provided for each polarity of the magnetic poles of the induction coil .
前記整流回路は、前記誘導電流の電流位相が同相の複数の前記誘導コイルと前記整流素子とが直列接続される第1の直列回路と、前記誘導電流の電流位相が前記第1の直列回路とは逆相の複数の前記誘導コイルと前記整流素子とが直列接続される第2の直列回路とを有し、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路とが並列に接続される請求項2に記載の回転電機。   The rectifier circuit includes: a first series circuit in which a plurality of the induction coils having the same phase of the induced current and the rectifier element are connected in series; and a current phase of the induced current is the first series circuit. Has a second series circuit in which a plurality of the induction coils having opposite phases and the rectifying element are connected in series, and the first series circuit and the second series circuit are connected in parallel. Item 3. The rotating electrical machine according to Item 2. 前記整流回路は、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の並列回路と直列に、前記界磁コイルの誘導起電力を互いに打ち消すように複数の前記界磁コイルを接続する閉回路である請求項3に記載の回転電機。   The rectifier circuit is a closed circuit that connects a plurality of the field coils in series with the parallel circuit of the first series circuit and the second series circuit so as to cancel the induced electromotive forces of the field coils. The rotating electrical machine according to claim 3.
JP2015171362A 2015-08-31 2015-08-31 Rotating electric machine Active JP6561693B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015171362A JP6561693B2 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Rotating electric machine
CN201610740507.XA CN106487176B (en) 2015-08-31 2016-08-26 Rotating electrical machine
DE102016216179.2A DE102016216179A1 (en) 2015-08-31 2016-08-29 Rotating electrical machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015171362A JP6561693B2 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Rotating electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017050945A JP2017050945A (en) 2017-03-09
JP6561693B2 true JP6561693B2 (en) 2019-08-21

Family

ID=58011519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015171362A Active JP6561693B2 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Rotating electric machine

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6561693B2 (en)
CN (1) CN106487176B (en)
DE (1) DE102016216179A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6969529B2 (en) * 2018-09-25 2021-11-24 株式会社デンソー Field winding type rotary electric machine
JP7103299B2 (en) * 2019-04-22 2022-07-20 株式会社デンソー Rotating electric machine
WO2023117242A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 Robert Bosch Gmbh Inductive transformer system for transmitting electrical energy into an excitation winding of a rotor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06217483A (en) * 1993-01-14 1994-08-05 Japan Servo Co Ltd Slot insulation structure for electric rotating machine
JP5492458B2 (en) * 2009-05-28 2014-05-14 株式会社豊田中央研究所 motor
CN101710769B (en) * 2009-12-16 2012-05-23 南京航空航天大学 Inner-outer birotor doubly salient brushless direct current motor
JP2013099036A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Honda Motor Co Ltd Rotary electric machine
JP5761084B2 (en) 2012-03-09 2015-08-12 株式会社デンソー Magnetic modulation motor
DE102013102184A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Denso Corporation Magnetic modulation motor and electrical transmission
JP5742804B2 (en) * 2012-09-06 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 Rotating electric machine rotor and rotating electric machine

Also Published As

Publication number Publication date
CN106487176B (en) 2020-02-07
DE102016216179A1 (en) 2017-03-02
JP2017050945A (en) 2017-03-09
CN106487176A (en) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4926107B2 (en) Rotating electric machine
JP6477256B2 (en) Rotating electric machine
US20110273128A1 (en) Synchronous motor and system for driving synchronous motor
JP6485102B2 (en) Rotating electric machine
JP4775465B2 (en) Drive device for rotating electrical machine
JP6668844B2 (en) Rotating electric machine
JP6561692B2 (en) Rotating electric machine
JP6569396B2 (en) Rotating electric machine
JP6561693B2 (en) Rotating electric machine
JP6424729B2 (en) Electric rotating machine
KR20160111680A (en) Brushless Synchronous Motor and Operating Method thereof
JP6593038B2 (en) Rotating electric machine
JP5782850B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP6544151B2 (en) Electric rotating machine
JP2020043654A (en) motor
JP2017204961A (en) Dynamo-electric machine
JP2017050942A (en) Rotary electric machine
JP6485073B2 (en) Rotating electric machine
JP5694062B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP6589703B2 (en) Rotating electric machine
JP6555019B2 (en) Rotating electric machine
JP6451990B2 (en) Rotating electric machine
JP6476920B2 (en) Rotating electric machine
JP2020043655A (en) motor
JP2018011424A (en) Rotary electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180306

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190108

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190708

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6561693

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151